ES2531562T3 - Absorbedor de energía con salientes que proporciona un impacto uniforme contra el peatón - Google Patents

Abstract

Un sistema parachoques (20) para un vehículo que tiene una dirección longitudinal y está adaptado para recibir un impacto de un impactador (50) característico de ensayo estándar, donde el sistema parachoques (20) tiene unas esquinas definidas mediante unos planos verticales orientados a 60º con relación a la dirección longitudinal del vehículo y que se acopla al frontal del sistema parachoques, donde el sistema parachoques (20) además tiene una región central de 250 mm de anchura y un área de ensayo del parachoques definida de aproximadamente 66 mm hacia dentro de cada una de las esquinas hasta un borde adyacente de la región central aunque excluyendo la región central, el sistema parachoques comprende una traviesa de refuerzo (21) del parachoques para su fijación a un bastidor del vehículo; y un absorbedor de energía (23) situado en una cara de la traviesa,el absorbedor de energía (23) comprende un reborde base (27) moldeado para que se ajuste con la traviesa de refuerzo (21) y que incluye una pluralidad de salientes (24) huecos en el área de ensayo del parachoques que están separados entre sí en una dirección longitudinal de la traviesa del parachoques, que se extienden desde el reborde base (27) y que están configurados para que se aplasten y absorban energía durante un impacto contra un peatón, donde los salientes además están configurados para proporcionar una absorción de la energía del impacto uniforme durante el aplastamiento dentro de un +/- 30% de un perfil fuerza-desplazamiento medio deseado de absorción de la energía del impacto para unas penetraciones del impacto que aplastan los salientes de aplastamiento al menos 10 mm en las posiciones longitudinales a lo largo de una longitud del área de ensayo del parachoques,por lo cual el sistema parachoques proporciona seguridad a los peatones independientemente de una posición específica donde la pierna del peatón golpee el absorbedor de energía,el reborde base (27) incluye unas bandas (25) que son coplanarias con el reborde base (27) y forman parte de este, y que interconectan los salientes adyacentes (24) que se apoyan en dicha cara, por lo cual en los salientes (24) están definidas unas líneas centrales de los salientes, donde la separación entre las líneas centrales de los salientes está entre 90 mm y 132 mm y la anchura de las bandas (25), medidas en una dirección longitudinal de la traviesa del parachoques, está entre 15 mm y 50 mm.

Description

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influenciada por la deformación, flexión y compresión de la piel y la carne de la pierna del peatón (denominada en la presente “parte de impacto y compresión inicial” de la curva fuerza-desplazamiento). A esto le sigue una segunda parte (denominada en la presente “parte de trabajo” de la curva fuerza-desplazamiento durante una carrera de aplastamiento tras el impacto) donde el absorbedor de energía está realizando su trabajo con el aplastamiento de las paredes a cizalladura de los salientes de aplastamiento para absorber energía. (Durante esta fase las paredes a cizalladura se “arrugan” y forman múltiples dobleces y ondulaciones irregulares, lo que da como resultado una absorción de energía debido a la deformación del material). A esto le sigue una tercera parte (denominada en la presente la “parte plana superpuesta” de la curva fuerza-desplazamiento, o en otras palabras la “parte de resistencia de la traviesa de refuerzo”) donde el absorbedor de energía se ha aplastado plano y por tanto la fuerza de resistencia es principalmente la de la estructura de soporte subyacente (que en el caso de un sistema parachoques es una traviesa de refuerzo que habitualmente es metálica y muy rígida). Por ejemplo, en la Fig. 15, la primera parte (es decir, la “parte de impacto y compresión inicial” en la curva fuerza-desplazamiento) va desde cero hasta aproximadamente 30 mm de penetración; la segunda parte (es decir, la “parte de trabajo”) va desde 30 mm hasta aproximadamente 63 mm de penetración (con la fuerza de resistencia manteniéndose relativamente constante dentro de un pequeño intervalo de variabilidad), y la tercera parte (es decir, la “parte de resistencia de la traviesa”) está por encima de 63 mm de penetración (donde la fuerza de resistencia aumenta en gran medida). A modo de comparación, en la Fig. 18, la primera parte (es decir, la “parte de impacto y compresión inicial”) va desde cero hasta aproximadamente 25 mm de penetración; la segunda parte (es decir, la “parte de trabajo”) va desde 25 mm hasta aproximadamente 60 mm de penetración, y la tercera parte (es decir, la “parte de resistencia de la traviesa”) está por encima de 60 mm de penetración. A modo de comparación, en la Fig. 21, la primera parte (es decir, la “parte de impacto y compresión inicial”) va desde cero hasta aproximadamente 25 mm de penetración; la segunda parte (es decir, la “parte de trabajo”) va desde 25 mm hasta aproximadamente 70 mm de penetración, y la tercera parte (es decir, la “parte de resistencia de la traviesa”) está por encima de 70 mm de penetración.

Los inventores han llevado a cabo diversos estudios para determinar la influencia de las dimensiones del saliente de deformación programada y sus intervalos óptimos. Los estudios de los inventores sugieren unos intervalos adecuados para un sistema parachoques particular (“aplicación a vehículos”) como sigue. Cabe destacar que en la opinión de los inventores, las dimensiones en la presente son significativas, no evidentes y proporcionan unos resultados sorprendentes e inesperados ya que, por ejemplo, una separación de 110 mm entre las líneas centrales de los salientes es una diferencia no esperada frente a la dimensión del impactador 50 y una diferencia no esperada frente a cualquier dimensión de una pierna normal de una persona.

La separación en anchura de los salientes va desde 90 mm hasta 132 mm (con mayor preferencia 100 mm-120 mm, la óptima es 110 mm)

la altura del saliente es de 60 mm +/- 20% o con mayor preferencia +/- 10%

la profundidad va desde 50 mm hasta 80 mm (influenciada significativamente por el diseño)

la convexidad de la pared va desde plana hasta convexa, o con mayor preferencia entre 150 mm y 300 mm

el grosor desde 1.5 mm hasta 2.25 mm +/- 10%

las arrugas/nervaduras rigidizadoras a lo largo de las paredes (según se necesiten)

el radio de acuerdo/los huecos en las esquinas y uniones (varían según se necesiten)

las anchuras de las bandas desde 15 mm hasta 50 mm (varían según se necesiten en combinación con los huecos y nervaduras)

Se contempla que el absorbedor de energía 23 de la presente se puede fabricar para que se acople con una traviesa de refuerzo lineal, o se puede fabricar para que se acople con una traviesa de refuerzo curvada longitudinalmente

(21) (véanse las Figs. 6 y 14). En el caso de una traviesa curvada, los salientes del absorbedor de energía se pueden orientar para quedar enfrentados paralelamente a la dirección esperada de impacto, y/o orientados para quedar enfrentados directamente hacia delante y/o orientados con unos ligeros ángulos para que su orientación hacia delante dependa de su relación con una esquina de un vehículo, y dependiendo del diseño del vehículo. Por ejemplo, los salientes 24 se podrían extender perpendicularmente a la parte adyacente de la cara frontal de la traviesa de refuerzo (en cuyo caso, los salientes de los extremos en teoría no se extenderían paralelos a los salientes del centro debido a la parte curvada de la traviesa), o los salientes de los extremos podrían estar ligeramente inclinados hacia dentro un cierto ángulo (de modo que todos los salientes se extiendan paralelos y hacia delante desde el vehículo y en paralelo con una dirección de desplazamiento del vehículo incluso cuando los extremos de la traviesa de refuerzo están curvados hacia atrás). Además, cabe destacar que la traviesa se puede fabricar con materiales diferentes y se puede formar mediante procesos diferentes, donde dicha traviesa se forma por laminación de acero, o se extrude utilizando aluminio o se moldea con un polímero reforzado.

El absorbedor de energía ilustrado se moldea por inyección de un material polimérico adaptado para absorber energía, donde dichos materiales son ampliamente conocidos y están disponibles comercialmente. El absorbedor de energía ilustrado tiene una flexibilidad longitudinal suficiente en sus bandas 25 para que se adapte de manera

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flexible en torno a una cara de una traviesa de refuerzo y se fije a esta, incluso cuando los extremos de la traviesa se curvan considerablemente o se curvan gradualmente (es decir, un incremento en la curvatura hacia atrás cerca de los extremos). Sin embargo, se contempla que el alcance de la presente innovación incluye los absorbedores de energía fabricados con acero u otro metal, y que el absorbedor de energía puede no ser flexible longitudinalmente y se puede fabricar para encajar con un perfil de la cara de la traviesa particular.

Las Figs. 18-20 son gráficos que muestran las curvas de fuerza frente al desplazamiento para unos sistemas parachoques 20 de la presente invención, que tienen una traviesa de refuerzo 21 idéntica y un absorbedor de energía muy similar al absorbedor de energía 23. Específicamente, cada uno de los tres absorbedores de energía de las Figs. 18-20 tienen unos salientes con formas y separaciones idénticas (es decir, 110 mm entre los centros de las líneas centrales de los salientes) pero las paredes 45-49 de los salientes en los absorbedores de energía de las Figs. 18-20 tienen unos grosores ligeramente diferentes y/o unas aberturas en las esquinas diferentes. Específicamente, los salientes en cada una de las Figs. 18-20 tenían 60 mm de profundidad y cada uno tenía una separación entre las líneas centrales de los salientes de 110 mm (es decir, los salientes tenían aproximadamente 88 mm-90 mm en una base de las paredes verticales a cizalladura (situadas en los lados), y las anchuras de las bandas eran de aproximadamente 20 mm-22 mm). El grosor de las paredes a cizalladura 45-48 se cambió en los absorbedores de energía de las Figs. 18-20 y se añadieron unas aberturas 60-61 en las esquinas de las paredes a cizalladura 45-48 según se necesitaba para optimizar la uniformidad de la fuerza de resistencia al impacto en todas las posiciones longitudinales a lo largo del área de impacto de la traviesa de los sistemas parachoques.

Cada uno de los gráficos de las Figs. 18-20 muestran dos impactos, uno que está en una posición alineado en un saliente 24 con una pared vertical a cizalladura 47 (o 48) de modo que se espera una fuerza de resistencia al impacto relativamente más alta y otro centrado en un saliente 24 donde se espera una fuerza de resistencia al impacto relativamente menor. Cada uno de los absorbedores de energía ensayados en las Figs. 18-20 se optimizaron para proporcionar una resistencia al impacto uniforme, independientemente de la posición particular de impacto, mediante el ajuste del grosor de la pared y/o con la realización de aberturas 60, 61. Tal como se ilustra, la curva fuerza-desplazamiento para cada uno de los absorbedores de energía de las Figs. 18-20 son virtualmente idénticas hasta una carrera del impacto (“penetración”) de 30 mm. En concreto, los absorbedores de energía de las Figs. 18-20 también incluyeron unas paredes adaptadas con un grosor de pared óptimo, con el fin de obtener un nivel diferente de la fuerza de resistencia al impacto en el intervalo entre 30 mm y 65 mm de penetración. Por ejemplo, en la Fig. 18, la fuerza de resistencia deseada entre 30 mm-65 mm de penetración es de 3 kN. A modo de comparación, en la Fig. 19, la fuerza de resistencia deseada entre 30 mm-65 mm de penetración es de 4 kN y en la Fig. 20 la fuerza de resistencia deseada entre 30 mm-65 mm de penetración es de 5 kN.

Un ensayo similar al mostrado en las Figs. 18-20 se realizó en sistemas parachoques con un absorbedor de energía con un saliente (24) más profundo. Los resultados se muestran en las Figs. 21-23 para un absorbedor de energía con un saliente de 70 mm de profundidad. Las Figs. 24-26 muestran los resultados de un ensayo similar pero utilizando un absorbedor de energía con un saliente de 80 mm de profundidad. Los resultados se consideran obvios, dada la discusión anterior. En cada caso, la fuerza de resistencia al impacto se mantuvo relativamente cerca del nivel deseado de la fuerza de resistencia al impacto, tal como dentro de aproximadamente un +/- 20% para una penetración de 30 mm. Cabe destacar, que la uniformidad de la resistencia al impacto se puede mejorar adicionalmente adaptando los absorbedores de energía mediante la utilización de diferentes aberturas 60, 61 ”personalizadas”, así como también de nervaduras externas 62 como se menciona a continuación.

En los siguientes sistemas parachoques y absorbedores de energía modificados, se identifican los componentes, rasgos y características idénticos y similares utilizando los mismos números. Donde hay un cambio significativo, se utiliza el mismo número de identificación pero se añade una letra, tal como “A”, “B”, “C”, etc. Esto se hace para reducir una discusión redundante.

[0045] Los absorbedores de energía mostrados en la Fig. 27 (y el resultado del ensayo mostrado en la Fig. 28) y en la Fig. 29 y la Fig. 30 (y el resultado del ensayo mostrado en la Fig. 31) y la Fig. 32 proporcionan una evidencia adicional del alcance de la presente invención. La Fig. 27 (y el resultado del ensayo mostrado en el gráfico de la Fig. 28) muestra que el concepto de la presente se puede realizar en un absorbedor de energía 23B sin recurrir a aberturas y nervaduras externas. La Fig. 29 muestra un absorbedor de energía 23C que incluye únicamente aberturas 60 en la base (y no aberturas 61 en las esquinas exteriores de la cara de los salientes). La Fig. 30 muestra que el concepto de la presente se puede extender adaptando un absorbedor de energía 23D utilizando aberturas 60, 61 así como también utilizando nervaduras externas 62 (y en la Fig. 31 se muestra un gráfico con los datos del mismo). En la Fig. 30, las nervaduras externas 62 forman unas secciones transversales con forma de T con las partes adyacentes de las paredes asociadas (superior o inferior).

La Fig. 32 muestra que el concepto de la presente se puede utilizar en diferentes traviesas y en diferentes estructuras de soporte. Por ejemplo, la traviesa de refuerzo del parachoques 21E en la Fig. 31 es la misma que la mostrada en la Fig. 13 pero se utiliza orientada de forma inversa, de modo que un centro del canal 65 de la traviesa 21E mira hacia delante (alejada del vehículo) en lugar de mirar hacia el vehículo. El absorbedor de energía 23E incluye unas lengüetas 66 de colocación que se extienden en el interior del canal 65 de la traviesa 21E, de modo que las lengüetas 66 ayuden a mantener el absorbedor de energía 23E sobre una cara de la traviesa 21E durante un impacto.

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Específicamente, la Fig. 27 ilustra un absorbedor de energía modificado 23B con unas dimensiones del saliente similares a las del absorbedor de energía 23 de la Fig. 4, aunque el absorbedor de energía 23B, de manera característica, no tiene ninguna abertura 60, 61 en las esquinas para debilitar las esquinas, ni nervaduras externas 62 para rigidizar las paredes superior e inferior a cizalladura 45, 46. Los salientes 24B tienen una profundidad de 50 mm y una separación longitudinal de 100 mm. La Fig. 28 es una curva de fuerza frente al desplazamiento para un sistema parachoques que incluye el absorbedor de energía 23B de la Fig. 27. En concreto, la absorción de energía es muy uniforme independientemente de la posición de impacto, tal como se muestra mediante los cuatro impactos representados: donde un impacto se sitúa entre salientes adyacentes, un impacto se sitúa en el borde de un saliente, un impacto se sitúa en el centro de una mitad de un saliente y otro impacto se sitúa en el centro de un saliente. Específicamente, la fuerza de resistencia al impacto es muy similar (dentro de aproximadamente un +/- 5% de un valor medio) hasta una penetración de 30 mm, y también es similar (dentro de aproximadamente un +/- 10%) hasta una penetración de 45 mm.

La Fig. 29 muestra un absorbedor de energía 23C idéntico al de la Fig. 27, aunque incluye unas aberturas 60 en la base. El absorbedor de energía 23C ilustrado no incluye las aberturas 61 en las esquinas exteriores de la cara de los salientes 24C.

La Fig. 30 ilustra un absorbedor de energía 23D modificado con las dimensiones mostradas aunque, de manera característica, tiene tanto las aberturas 60 en las esquinas para debilitar las esquinas como las nervaduras externas 62 para rigidizar las paredes superior e inferior 45, 46. Los salientes 24D ilustrados tienen una profundidad de 65 mm y una separación longitudinal de 100 mm. La Fig. 31 es una curva de fuerza frente al desplazamiento para un sistema parachoques que incluye el absorbedor de energía 23D de la Fig. 30. En concreto, la absorción de energía es muy uniforme independientemente de la posición de impacto, tal como se muestra mediante los cuatro impactos representados: donde un impacto se sitúa entre salientes adyacentes, un impacto se sitúa en el borde de un saliente, un impacto se sitúa en el centro de una mitad de un saliente y otro impacto se sitúa en el centro de un saliente. Específicamente, la fuerza de resistencia al impacto es muy similar (dentro de aproximadamente un +/- 5% de un valor medio) hasta una penetración de 30 mm, y también es similar (dentro de aproximadamente un +/- 10%) hasta una penetración de 45 mm.

La Fig. 31 muestra un sistema parachoques que incluye una traviesa 21E y un absorbedor de energía 23E similar a los mostrados en la Fig. 13. Sin embargo, la traviesa 21E de la Fig. 31, aunque es la misma que la traviesa 21 mostrada en la Fig. 13, está montada con una orientación inversa, de modo que un canal central 65 en la traviesa 21E mira hacia delante (alejada del vehículo). (En la Fig. 13, el canal mira hacia dentro en dirección al vehículo). El absorbedor de energía 23E en la Fig. 31 incluye unas lengüetas de colocación 66 que se extienden en el interior del canal 65 de la traviesa 21E para mantener el absorbedor de energía 23E sobre una cara de la traviesa 21E durante un impacto.

Los absorbedores de energía ilustrados se moldean por inyección a partir de un polímero, aunque se contempla específicamente que los absorbedores de energía se pueden fabricar con otros materiales (tal como acero deformable y otros materiales metálicos y no metálicos), y se pueden realizar mediante otros métodos de fabricación (tal como termoformado, moldeo por compresión o estampación) y aún estar dentro del alcance de la presente invención. Se contempla que la presente innovación se puede utilizar en posiciones en un vehículo diferentes a los parachoques del vehículo, en el interior y/o exterior del vehículo, tal como para un impacto lateral en una puerta, un impacto en un pilar A y un impacto bajo el salpicadero, y aún estar dentro del alcance de la presente invención.

Se sobreentenderá que se pueden realizar variaciones y modificaciones en la estructura anteriormente mencionada sin alejarse de los conceptos de la presente invención, y además se sobreentenderá que dichos conceptos se pretende que queden cubiertos por las siguientes reivindicaciones a menos que estas reivindicaciones por su lenguaje especifiquen expresamente lo contrario.

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Claims (1)

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